Изобретения Дедала

Может ли «блюдце» летать на солнечной энергии? Если радиус «блюдца» равен 5 м, то его площадь составит А=πr² ≈ 75 м². Принимая энергетическую постоянную Солнца равной 1 кВт/м², мы найдем, что от солнечной батареи с кпд = 10% можно получить мощность Р = 75 × 1 × 0,1 = 7,5 кВт. Такая мощность позволяет поднимать «блюдце» массой m = 250 кг со скоростью v = P/mg = 7500/(250 × 10) = 3 м/с. Чтобы взлететь, «блюдце» в таком случае должно терять высоту при планировании со скоростью, меньшей чем эта величина. Это вполне обнадеживающий результат: хорошие планеры теряют высоту со скоростью 1 м/с и меньше, а детские «летающие тарелочки» вообще спускаются чрезвычайно медленно, поскольку сочетают в себе свойства аэродинамической несущей поверхности и парашюта с гиростабилизацией.

Какую энергию может запасти вращающееся «блюдце»? Существует стандартная формула для расчета максимального числа оборотов тонкого кольца, при превышении которого происходит разрыв:

n² = S/(4π²r²ρ),где n — число оборотов в секунду, S — предел прочности кольца, r — его радиус и ρ — плотность. Тогда максимальная кинетическая энергия вращения кольца массой M равна

E = ½Mv² = ½M(2πrn)² = ½M(2πr)2S/(4π²r²ρ) = MS/2ρ

Эта энергия достаточна для подъема кольца на высоту

h = E/Mg = MS/2ρMg = s/2ρg

Для нашего кольца необходим как можно более легкий и прочный материал, например пластик, армированный углеродным волокном, у которого ρ = 2300 кг/м³ и S = 1,5×10¹⁰ Н/м². Тогда h = 1,5 × 10¹⁰/2 × 2300 × 10 = 3,3×10⁵ м = 330 км.

Результат обнадеживает: нам-то необходимо поднять «блюдце» на высоту порядка 10 км, так что в нашем распоряжении имеется тридцатикратный запас, который наверняка покроет низкий кпд, наличие нераскрученной массы и т. д. И вообще складывается впечатление, что вся энергия, необходимая для полета, может быть запасена в виде кинетической энергии вращения «блюдца», а солнечные батареи будут служить лишь вспомогательным источником энергии. (Похоже, что такой «хула-хуп» удастся даже вывести на околоземную орбиту, но я не намерен развивать здесь эту идею.)

Технические подробности. Для устранения нежелательных гироскопических эффектов вращательные моменты аппарата должны быть уравновешены. У наиболее компактной конструкции верхняя часть «блюдца» является статором дискового электродвигателя, а нижняя часть — ротором, вращающимся в противоположную сторону. Центральная часть (кабина) крепится посредством дифференциального механизма и не участвует во вращении. Для питания асинхронного двигателя постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей, придется преобразовать в переменный, но это не представляет большой сложности. Статор может одновременно служить несущей поверхностью типа «летающей тарелочки»; он снабжен воздухозаборниками для создания воздушной подушки. На роторе установлены короткие лопасти с переменным углом атаки, как у вертолета.

Эти же лопасти, установленные в режиме авторотации, раскручивают аппарат во время снижения — это очень полезное свойство, значительно повышающее экономичность «блюдца». В любом случае, поскольку скорость снижения не может превышать 3 м/с, вынужденная посадка не представляет опасности: «блюдце» само по себе является аварийным парашютом.

Долой рост!

В свое время сельскохозяйственное отделение фирмы КОШМАР занималось выращиванием вьющихся бобов на дугообразных подпорках, надеясь выяснить, станут ли побеги загибаться вниз, к земле. Бобы, однако, упрямо стремились вверх, хотя и испытывали некоторое «замешательство» в высшей точке дуги. Как же растения узнают, где верх, а где низ? Принято считать, что в особых клетках растения имеются твердые частицы (статолиты), которые, оседая под действием силы тяжести, указывают направление вертикали. Дедал проводит опыты по поливу растений тяжелой водой, пытаясь поднять плотность внутриклеточной жидкости настолько, чтобы твердые частицы не оседали вниз, а всплывали. Тогда, полагает Дедал, растение начнет расти вниз, из чего можно извлечь немалую выгоду. Вначале Дедал видел в этом просто новый способ уничтожать сорняки, загоняя их в землю. Позднее, однако, он осознал возможности, которые открывает применение этого принципа на более поздних стадиях роста. Это откроет путь к созданию совершенно новых растений. К примеру, поливая время от времени фасоль или горох тяжелой водой, можно выращивать их на коротких колышках, которые они станут оплетать то снизу вверх, то сверху вниз. Более того, выращивая деревья соответствующей величины и формы, мы можем сразу же получать деревянные детали, скажем, для изготовления мебели на гнутых ножках.